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JP4608430B2 - Scanning optical system, scanning optical apparatus using the same, and image forming system - Google Patents

Scanning optical system, scanning optical apparatus using the same, and image forming system Download PDF

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JP4608430B2 JP2005377425A JP2005377425A JP4608430B2 JP 4608430 B2 JP4608430 B2 JP 4608430B2 JP 2005377425 A JP2005377425 A JP 2005377425A JP 2005377425 A JP2005377425 A JP 2005377425A JP 4608430 B2 JP4608430 B2 JP 4608430B2
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Description

本発明は、走査光学系、それを用いた走査光学装置および画像形成システムに関する。例えば、1つの光偏向器に複数の光ビームを副走査方向から斜入射して走査を行う走査光学系、それを用いた走査光学装置および画像形成システムに関する。   The present invention relates to a scanning optical system, a scanning optical apparatus using the same, and an image forming system. For example, the present invention relates to a scanning optical system that performs scanning by obliquely injecting a plurality of light beams into one optical deflector from the sub-scanning direction, a scanning optical device using the same, and an image forming system.

従来、例えばタンデム方式のカラープリンタなどの画像形成システムに用いる走査光学系では、光偏向器に複数の光束を入射して、光偏向器で偏向し、第1レンズ光学系に入射し、第1レンズ光学系から出射した複数の光束をそれぞれ異なる第2レンズ光学系に導き、第1レンズ光学系と第2レンズ光学系とが構成する結像光学系により、異なる結像面上にスポット光を結像し、等速走査を行うようにした走査光学系が用いられている。
そして、例えば、光偏向器が単一で済み、コストが安くなるなどの理由で、光偏向器に入射する複数の光束を光偏向器の回転軸に直交する平面に対して斜め方向から入射させる方式、すなわち副走査方向から斜入射させる斜入射方式が採用される場合がある。
斜入射方式の走査光学系では、光偏向時に、走査線湾曲が発生すること、および、光偏向器付近で線状化されたビームが、回転した状態で、走査レンズに入射することに起因する、感光体上におけるスポット径劣化の問題があり、それらを、解決するために、種々走査光学系案が、提案されている。
例えば、特許文献1には、斜入射方式による2ビーム走査を行う走査光学装置およびレーザビームプリンタ装置(画像形成システム)であって、第1レンズ光学系としてシリンドリカルレンズを用い、第2レンズ光学系として母線を湾曲させた2段トーリックレンズまたは副走査方向のレンズ面が光軸に対して傾斜された2段トーリックレンズを採用した走査光学系が記載されている。このトーリックレンズは、主走査断面、副走査断面がそれぞれ異なる曲率を有する球面からなる回転非対称レンズである。
また、特許文献2には、斜入射して偏向された光の光路上に2つのレンズを配置し、それらのうち、少なくとも2面を、副走査断面形状のチルト量が主走査方向に変化する特殊チルト面がからなる走査結像光学系(走査光学系)、光走査装置(走査光学装置)および画像形成装置(画像形成システム)が記載されている。
また、特許文献3には、走査光学系として、前側レンズ群(第1レンズ光学系)と後側レンズ群(第2レンズ光学系)からなり、前側レンズ群が回転対称な非球面レンズから構成され、後側レンズ群が、光軸からの主走査方向座標をY、副走査方向座標をZとしたときに、Y、Zの多項式で表される回転非対称非球面を有し、後側レンズ群が、4つの斜入射ビームに対して偏芯配置されたものが記載されている。
特開平10−73778号公報(図1、2、5、11) 特許第3453737号公報(図1、2) 特開2003−5113号公報(図2、3、14)
Conventionally, in a scanning optical system used in an image forming system such as a tandem color printer, for example, a plurality of light beams are incident on an optical deflector, deflected by the optical deflector, and incident on a first lens optical system. A plurality of light beams emitted from the lens optical system are guided to different second lens optical systems, and spot light is generated on different imaging surfaces by the imaging optical system constituted by the first lens optical system and the second lens optical system. A scanning optical system that forms an image and performs constant-speed scanning is used.
Then, for example, a single optical deflector is required, and the cost is reduced, so that a plurality of light beams incident on the optical deflector are incident on a plane perpendicular to the rotation axis of the optical deflector from an oblique direction. In some cases, a method of oblique incidence in which the light is obliquely incident from the sub-scanning direction is employed.
In the oblique incidence type scanning optical system, scanning line bending occurs during light deflection, and the linearized beam near the optical deflector enters the scanning lens in a rotated state. However, there is a problem of spot diameter degradation on the photoreceptor, and various scanning optical system proposals have been proposed to solve them.
For example, Patent Document 1 discloses a scanning optical apparatus and a laser beam printer apparatus (image forming system) that perform two-beam scanning by an oblique incidence method, using a cylindrical lens as a first lens optical system, and a second lens optical system. As a scanning optical system, a two-stage toric lens having a curved bus or a two-stage toric lens whose lens surface in the sub-scanning direction is inclined with respect to the optical axis is described. This toric lens is a rotationally asymmetric lens composed of spherical surfaces having different curvatures in the main scanning section and the sub-scanning section.
Further, in Patent Document 2, two lenses are arranged on the optical path of light that is obliquely incident and deflected, and the tilt amount of the sub-scanning cross-sectional shape changes in the main scanning direction on at least two of them. A scanning imaging optical system (scanning optical system) including a special tilt surface, an optical scanning device (scanning optical device), and an image forming device (image forming system) are described.
In Patent Document 3, a scanning optical system includes a front lens group (first lens optical system) and a rear lens group (second lens optical system), and the front lens group includes a rotationally symmetric aspheric lens. The rear lens group has a rotationally asymmetric aspheric surface represented by a polynomial of Y and Z, where Y is the main scanning direction coordinate from the optical axis and Z is the sub-scanning direction coordinate, and the rear lens The group is described in an eccentric arrangement with respect to four obliquely incident beams.
JP-A-10-73778 (FIGS. 1, 2, 5, and 11) Japanese Patent No. 3453737 (FIGS. 1 and 2) Japanese Patent Laid-Open No. 2003-5113 (FIGS. 2, 3, and 14)

上記のような従来の走査光学系、それを用いた走査光学装置および画像形成システムでは、以下のような問題があった。
特許文献1に記載の技術では、光偏向器で偏向された後、シリンドリカルレンズで副走査方向の集光を行うが、斜入射によるビームの傾斜角が補正されないので、トーリックレンズ上では走査軌跡が大きく湾曲し、それを補正するために、走査軌跡と略同様に母線が湾曲したトーリックレンズを偏芯配置する必要がある。そのため、副走査方向のトーリックレンズの有効レンズ面が大きくなってしまう。また、副走査方向に非対称な曲面となるため、同レンズの主走査方向形状が、中心光軸に対し、非対称である場合、上下2種類のトーリックレンズが必要となり、コスト高につながる。主走査方向の形状を中心光軸に対し対称にすれば、1種類で済むが、設計上の自由度が低くなるため、好ましくない。
特許文献2、3に記載の技術においても、同様な問題があり“特殊チルト面”や、“YとZの多項式を含む非球面”を、タンデム方式光学系の被走査側レンズに適用した場合、同レンズの主走査方向形状を、中心光軸に対し対称にしない限り、2種類のトーリックレンズが必要となり、コスト上昇を招いてしまうという問題がある。
The conventional scanning optical system as described above, and the scanning optical apparatus and image forming system using the same have the following problems.
In the technique described in Patent Document 1, after being deflected by an optical deflector, light is condensed in the sub-scanning direction by a cylindrical lens. However, since the tilt angle of the beam due to oblique incidence is not corrected, the scanning locus is on the toric lens. In order to correct a large curvature, it is necessary to eccentrically arrange a toric lens having a curved generating line in the same manner as the scanning locus. Therefore, the effective lens surface of the toric lens in the sub scanning direction becomes large. Further, since the curved surface is asymmetric in the sub-scanning direction, if the shape of the lens in the main scanning direction is asymmetric with respect to the central optical axis, two types of upper and lower toric lenses are required, leading to high costs. If the shape in the main scanning direction is symmetric with respect to the central optical axis, only one type is required, but this is not preferable because the degree of freedom in design is reduced.
In the techniques described in Patent Documents 2 and 3, there is a similar problem, and “special tilt surface” or “aspherical surface including Y and Z polynomials” is applied to the scanned side lens of the tandem optical system. As long as the shape of the lens in the main scanning direction is not symmetric with respect to the central optical axis, two types of toric lenses are required, resulting in a cost increase.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光偏向器および第1レンズ光学系への、いわゆる斜入射方式で複数のビーム走査を行う場合に、簡素かつ安価な構成とすることができる走査光学系、それを用いた走査光学装置および画像形成システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has a simple and inexpensive configuration when performing a plurality of beam scans on the optical deflector and the first lens optical system by a so-called oblique incidence method. It is an object of the present invention to provide a scanning optical system that can perform scanning, a scanning optical device using the same, and an image forming system.

上記の課題を解決するために、本発明の走査光学系は、光源からの複数の光束を、光偏向器の回転軸に直交する面に斜め方向から前記光偏向器に入射して偏向し、前記複数の光束を第1レンズ光学系にそれぞれ副走査方向に斜入射し、該第1レンズ光学系から出射された複数の光束を、それぞれ配置位置が異なる複数の第2レンズ光学系にそれぞれ入射し、それぞれ異なる結像面に結像して複数のビーム走査を行う走査光学系であって、前記第1レンズ光学系が、少なくとも2面の自由曲面を有し、前記第1レンズ光学系と前記第2レンズ光学系との位置関係を、前記第1レンズ光学系から出射された光束が、前記複数の第2レンズ光学系の入射面および出射面においてレンズ面の中心基準位置を通り主走査方向に延びるレンズ中心線に跨る走査軌跡を描く位置関係とし、前記第2レンズ光学系は副走査方向の断面形状がレンズ光軸に対して対称である構成とする。
この発明によれば、主に、第1レンズ光学系における2つの自由曲面により、種々収差を補正しているため、副走査方向において、対称な形状を持つ第2レンズ光学系を用いても、光偏向に伴う走査線曲がりや、線状ビームの回転によるスポット径の劣化等を、十分補正することが可能となる。よって、第2レンズ光学系の主走査側形状を非対称にしたとしても、上下、共通のレンズで済む。また、第2レンズ光学系の入出射面における光線位置を、レンズ中心付近に近接させることができるため、同レンズ光学系の有効面を小さくすることが可能となり、生産性が向上する。
In order to solve the above problems, the scanning optical system of the present invention deflects a plurality of light beams from a light source by entering the light deflector from an oblique direction on a plane orthogonal to the rotation axis of the light deflector, The plurality of light beams are incident on the first lens optical system obliquely in the sub-scanning direction, and the plurality of light beams emitted from the first lens optical system are respectively incident on the second lens optical systems having different arrangement positions. A scanning optical system that performs image scanning on different imaging planes and performs a plurality of beam scans, wherein the first lens optical system has at least two free-form surfaces, and the first lens optical system With respect to the positional relationship with the second lens optical system, the light beam emitted from the first lens optical system passes through the center reference position of the lens surface on the entrance surface and the exit surface of the plurality of second lens optical systems, and is subjected to main scanning. Straddling the lens center line extending in the direction And positional relationship to draw査軌traces, the second lens optics sub-scanning direction cross-sectional shape is assumed to be symmetrical configuration with respect to the lens optical axis.
According to the present invention, since various aberrations are corrected mainly by the two free-form surfaces in the first lens optical system, even if the second lens optical system having a symmetrical shape in the sub-scanning direction is used, It is possible to sufficiently correct scanning line bending due to light deflection, deterioration of a spot diameter due to rotation of a linear beam, and the like. Therefore, even if the shape of the main scanning side of the second lens optical system is asymmetrical, a common lens is sufficient for the upper and lower sides. In addition, since the position of the light beam on the incident / exit surface of the second lens optical system can be brought close to the center of the lens, the effective surface of the lens optical system can be reduced, and productivity is improved.

本明細書では、主走査方向および副走査方向を広義の意味、つまり被走査面上での方向に限らず、光軸に直交する断面の2方向を参照する場合にも用いることにする。すなわち、光路に沿って進んで像面に到達するときに、像面での主走査方向、副走査方向に対応する方向を、光路上のどの位置でもそれぞれ主走査方向、副走査方向と称する。   In this specification, the main scanning direction and the sub-scanning direction are used in a broad sense, that is, not only in the direction on the surface to be scanned but also in the case of referring to two directions of a cross section orthogonal to the optical axis. That is, the direction corresponding to the main scanning direction and the sub-scanning direction on the image plane when traveling along the optical path and reaching the image plane is referred to as the main scanning direction and the sub-scanning direction, respectively, at any position on the optical path.

本発明の走査光学系、それを用いた走査光学装置および画像形成システムによれば、第1レンズ光学系が2面の自由曲面を備えることにより、各第2レンズ光学系上の光束の走査軌跡の位置および湾曲量を適宜設定して第2レンズ光学系のレンズ中心軸を跨る走査軌跡を描くようにするので、光学性能を良好に保ちつつ、各第2レンズ光学系の有効域を狭くすることができ、生産性を向上することができる。また、第2レンズ光学系の副走査側形状を対称にすることができるため、同レンズ光学系の主走査方向形状が非対称であっても、1種のレンズで済み、設計の自由度を向上する。   According to the scanning optical system, the scanning optical apparatus and the image forming system using the scanning optical system of the present invention, the first lens optical system has two free-form surfaces, so that the scanning locus of the light beam on each second lens optical system. Since the scanning trajectory straddling the center axis of the second lens optical system is drawn by appropriately setting the position and the amount of curvature, the effective range of each second lens optical system is narrowed while maintaining good optical performance. And productivity can be improved. In addition, since the shape of the second lens optical system on the sub-scanning side can be made symmetric, even if the shape of the lens optical system in the main scanning direction is asymmetric, only one lens is required, and the degree of freedom in design is improved. To do.

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.

本発明の実施形態に係る走査光学系について、それを用いた走査光学装置および画像形成システムとともに説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る走査光学装置および画像形成システムの概略構成を模式的に示す通紙方向に沿う断面図である。図2は、本発明の実施形態に係る走査光学系の光源部の概略構成を模式的に示す平面図である。図3(a)、(b)は、本発明の実施形態に係る走査光学系の構成を説明するための主走査方向および副走査方向における模式的な概略光路図である。図4は、本発明の実施形態に係る走査光学系の主走査方向の光線図である。
なお、以下では、相対的な方向参照の便宜のために、図面に記載された共通の固定座標系であるξηζ右手直交座標系を用いる場合がある。この座標系は、ζ軸正方向が鉛直上向きで、ξη平面が水平面と一致されている。ここで、η軸負方向が画像形成システムの転写紙搬送方向に一致されている。光走査装置1の主走査方向は被走査面上でξ軸方向、副走査方向はη軸方向に沿っている。
A scanning optical system according to an embodiment of the present invention will be described together with a scanning optical device and an image forming system using the scanning optical system.
FIG. 1 is a cross-sectional view along a sheet passing direction schematically showing a schematic configuration of a scanning optical apparatus and an image forming system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing a schematic configuration of the light source unit of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. 3A and 3B are schematic optical path diagrams in the main scanning direction and the sub-scanning direction for explaining the configuration of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a ray diagram in the main scanning direction of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention.
In the following, for the convenience of relative direction reference, there may be used a ξηζ right-handed orthogonal coordinate system which is a common fixed coordinate system described in the drawings. In this coordinate system, the positive direction of the ζ axis is vertically upward, and the ξη plane coincides with the horizontal plane. Here, the negative direction of the η axis coincides with the transfer paper conveyance direction of the image forming system. The main scanning direction of the optical scanning device 1 is along the ξ-axis direction and the sub-scanning direction is along the η-axis direction on the surface to be scanned.

本実施形態の光走査装置1は、図1、2に示すように、4つの光源からの光を1つの光偏向器で偏向して、4つの光ビームによりビーム走査を行うものである。以下では、画像形成装置50と組み合わせて画像形成システム200を構成している場合の例で説明する。画像形成システム200は、例えば、4色フルカラー画像を形成するレーザプリンタ、デジタル複写機などに好適に用いることができるものである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical scanning device 1 of the present embodiment deflects light from four light sources with one optical deflector and performs beam scanning with four light beams. Hereinafter, an example in which the image forming system 200 is configured in combination with the image forming apparatus 50 will be described. The image forming system 200 can be suitably used for, for example, a laser printer or a digital copying machine that forms a four-color full-color image.

光走査装置1の概略構成は、図1〜3に示すように、ビーム光源5A、5B、5C、5D、4つのシリンドリカルレンズ6、ポリゴンミラー8、ポリゴンモータ9、2つの第1レンズ11、各2つの折り返しミラー20、21、4つの第2レンズ12、各2つの折り返しミラー22、23、4つの保護ガラス13およびそれらを一定の位置関係に固定して収める筐体15とからなる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the schematic configuration of the optical scanning device 1 includes beam light sources 5A, 5B, 5C, 5D, four cylindrical lenses 6, a polygon mirror 8, a polygon motor 9, two first lenses 11, It consists of two folding mirrors 20, 21, four second lenses 12, two folding mirrors 22, 23, four protective glasses 13, and a housing 15 that holds them fixedly in a fixed positional relationship.

ビーム光源5Aは、適宜の収束性が調整され、主走査方向および副走査方向に適宜径を有するレーザ光30Aを発生するもので、一定波長の発散光を放射する半導体レーザ(以下LD)2A、LD2Aからの発散光を集光して一定の収束性を有するビーム光束を形成するコリメートレンズ3、像面上で主走査方向、副走査方向に適宜の結像スポット径を形成できるようにコリメートレンズ3から出射されるビーム光束のビーム形状を整形するアパーチャ4からなる。
レーザ光30Aの収束度合いは、走査光学系の設計条件に応じて収束光、平行光、発散光のいずれを採用してもよいが、本実施形態では収束光としており、後段の光学系がないと仮定した場合、シリンドリカルレンズ6の第1面6aの位置から、収束位置までの距離は、44.1mmである。
アパーチャ4は、遮光板上に適宜の大きさを有する楕円状、矩形状、長円状などの開口が形成された部材を採用することができる。開口の大きさは、像面で必要なスポット径の大きさと走査光学系の光学特性とに応じて適宜設定される。
The beam light source 5A generates laser light 30A having an appropriate diameter in the main scanning direction and the sub-scanning direction, with appropriate convergence, and is a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) 2A that emits divergent light of a certain wavelength. Collimating lens 3 for converging diverging light from LD 2A to form a beam having a certain convergence property, collimating lens so that an appropriate imaging spot diameter can be formed in the main scanning direction and sub-scanning direction on the image plane. 3 includes an aperture 4 that shapes the beam shape of the beam emitted from the beam 3.
The convergence degree of the laser light 30A may be any of convergent light, parallel light, and divergent light depending on the design conditions of the scanning optical system, but in this embodiment, the convergent light is used, and there is no subsequent optical system. Assuming that the distance from the position of the first surface 6a of the cylindrical lens 6 to the convergence position is 44 8 . 1 mm.
As the aperture 4, a member in which an opening having an appropriate size such as an elliptical shape, a rectangular shape, or an oval shape is formed on the light shielding plate can be used. The size of the aperture is appropriately set according to the spot size required on the image plane and the optical characteristics of the scanning optical system.

ビーム光源5B、5C、5Dは、それぞれレーザ光30Aと同様なレーザ光30B、30C、30Dを発生するもので、ビーム光源5AのLD2Aに代えて、それぞれLD2B、2C、2Dを備えるものである。
以下では、簡単のために、符号に添字A、B、C、Dがついた部材を総称する場合には、A〜Dと表記する場合がある。例えば、ビーム光源5A〜Dは、ビーム光源5A、5B、5C、5Dの意味である。
The beam light sources 5B, 5C, and 5D generate laser beams 30B, 30C, and 30D similar to the laser beam 30A, respectively, and include LDs 2B, 2C, and 2D, respectively, instead of the LD 2A of the beam light source 5A.
In the following, for the sake of simplicity, the members having the suffixes A, B, C, and D attached to the reference may be collectively referred to as A to D. For example, beam light sources 5A to 5D mean beam light sources 5A, 5B, 5C, and 5D.

各シリンドリカルレンズ6は、各ビーム光源5A〜Dから出射されたレーザ光30A〜Dを副走査方向のみに集光して、ポリゴンミラー8の2つの偏向面8a、8b上に、それぞれ副走査方向に延びる線状に結像する光学素子である。
ポリゴンミラー8は、本実施形態では、図1、2に示すように、ζ軸方向に平行な6つの偏向面が正六角形をなし、ζ軸に沿う回転軸を有するポリゴンモータ9により一定方向に定速回転される回転多面鏡である。そのため、ξη平面に平行な面内から入射された光をξη平面に平行な面内で一定方向に偏向することができるようになっている。
Each cylindrical lens 6 condenses the laser beams 30A to 30D emitted from the beam light sources 5A to 5D only in the sub-scanning direction, and on the two deflection surfaces 8a and 8b of the polygon mirror 8, respectively. This is an optical element that forms an image in a line extending in the direction.
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the polygon mirror 8 is formed in a fixed direction by a polygon motor 9 having six deflection surfaces parallel to the ζ-axis direction that form a regular hexagon and a rotation axis along the ζ-axis. A rotating polygon mirror that rotates at a constant speed. Therefore, light incident from a plane parallel to the ξη plane can be deflected in a certain direction within a plane parallel to the ξη plane.

本実施形態では、図2に示すように、ビーム光源5A、5B、シリンドリカルレンズ6と、ビーム光源5C、5D、シリンドリカルレンズ6とが、ζ軸正方向から見て、それぞれポリゴンモータ9の回転軸に対してξ軸正方向側に配置され、さらにポリゴンモータ9の回転軸を含みζξ平面に平行な平面に関して、それぞれη軸負方向側、η軸正方向側の面対称な位置に配置されている。
そして、一方のシリンドリカルレンズ6から出射されたレーザ光30A、30Bが、ポリゴンミラー8の偏向面8aに、他方のシリンドリカルレンズ6から出射されたレーザ光30C、30Dが、偏向面8bに入射するように配置される。
また、レーザ光30A、30Dはζ軸正方向側から、レーザ光30B、30Cはζ軸負方向側から、それぞれξη平面に対して傾斜角φ(図3(b)参照)をなして入射される。すなわち、光軸を含む副走査方向断面において傾斜角φで斜入射している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the beam light sources 5A and 5B and the cylindrical lens 6 and the beam light sources 5C and 5D and the cylindrical lens 6 are respectively the rotation axes of the polygon motor 9 when viewed from the positive direction of the ζ axis. Are arranged on the plane side symmetrical with respect to the negative side of the η axis and the positive side of the η axis with respect to the plane parallel to the ζξ plane including the rotation axis of the polygon motor 9. Yes.
Then, the laser beams 30A and 30B emitted from one cylindrical lens 6 are incident on the deflection surface 8a of the polygon mirror 8, and the laser beams 30C and 30D emitted from the other cylindrical lens 6 are incident on the deflection surface 8b. Placed in.
Further, the laser beams 30A and 30D are incident from the ζ axis positive direction side, and the laser beams 30B and 30C are incident from the ζ axis negative direction side at an inclination angle φ 1 (see FIG. 3B) with respect to the ξη plane. Is done. That is, the light beam is obliquely incident at an inclination angle φ 1 in the sub-scanning direction cross section including the optical axis.

各シリンドリカルレンズ6とビーム光源5A〜Dとの間の光路上に配置された、ビームスプリッタ7、7は、ビーム光源5A、5Bと、ビーム光源5C、5Dとを、傾斜角φの小さい値に対しても干渉することなく配置することができるように、それぞれζ軸方向に重ならない位置に配置するための光路合成手段である。
ビームスプリッタ7は、レーザ光30B、30Cを透過し、レーザ光30A、30Dを反射するビームスプリッタ特性を有している。
ビームスプリッタ7は、例えば、ハーフミラーやビームスプリッタプリズムなどを採用することができる。また、合成するレーザ光の偏光方向を互いに直交する方向に設定する場合には、偏光ビームスプリッタを採用してもよい。
Disposed on the optical path between each cylindrical lens 6 and the beam source 5A-D, the beam splitter 7, 7-beam light source 5A, 5B and, beam light source 5C, and 5D, small values of the inclination angle phi 1 Are optical path combining means for arranging them at positions that do not overlap in the ζ-axis direction so that they can be arranged without interfering with each other.
The beam splitter 7 has a beam splitter characteristic that transmits the laser beams 30B and 30C and reflects the laser beams 30A and 30D.
As the beam splitter 7, for example, a half mirror or a beam splitter prism can be adopted. Further, when the polarization directions of the laser beams to be combined are set in directions orthogonal to each other, a polarization beam splitter may be employed.

第1レンズ11は、第2レンズ12とともに、走査レンズ系10を構成し、ポリゴンミラー8で偏向されたレーザ光30A〜Dを被走査面14(図3参照)で主走査方向、副走査方向でそれぞれ略一定のスポット径を有するスポット状に結像し、ポリゴンミラー8の等角速度回転にしたがって主走査方向に等速走査させるfθ補正特性を分担して備えるものである。
また、走査レンズ系10は、副走査方向断面で偏向面8bと各被走査面14とを共役な関係としている。そのため、偏向面8bの面倒れ補正が行われるようになっている。
The first lens 11 and the second lens 12 constitute a scanning lens system 10, and the laser beams 30 </ b> A to 30 </ b> D deflected by the polygon mirror 8 are scanned on the scanned surface 14 (see FIG. 3) in the main scanning direction and the sub scanning direction. And fθ correction characteristics for forming an image in a spot shape having a substantially constant spot diameter and scanning at a constant speed in the main scanning direction according to the rotation of the polygon mirror 8 at a constant angular speed.
Further, the scanning lens system 10 has a conjugate relationship between the deflection surface 8b and each scanned surface 14 in the cross section in the sub-scanning direction. For this reason, surface tilt correction of the deflection surface 8b is performed.

レーザ光30A、30Bの光路は、配置の対称性から容易に理解されるので説明を省略し、以下、光路の折り畳みを展開してビームスプリッタ7、折り返しミラー20、21、22、23の図示を省略した図3(a)、(b)を適宜参照してレーザ光30C、30Dの光路に沿って説明する。   Since the optical paths of the laser beams 30A and 30B are easily understood from the symmetry of the arrangement, the description thereof will be omitted. Hereinafter, the folding of the optical path is developed to illustrate the beam splitter 7 and the folding mirrors 20, 21, 22, and 23. Description will be made along the optical paths of the laser beams 30C and 30D with reference to FIGS. 3A and 3B as appropriate.

第1レンズ11は、本実施形態では、中心基準位置に対して副走査方向の位置座標の絶対値をX=√(x)、主走査方向の位置座標の絶対値をY=√(y)としたとき、XとYとの多項式を含む数式で表現される回転非対称な非球面からなる自由曲面、第1面11aと第2面11bとからなる単レンズである。中心基準位置は、主走査方向の走査中心である像高0を通りη軸に平行な光軸と一致されている。
例えば、次のような式(1)で表される自由曲面式を採用することができる。
In the present embodiment, the first lens 11 has an absolute value of position coordinates in the sub-scanning direction with respect to the center reference position as X = √ (x 2 ), and an absolute value of position coordinates in the main scanning direction as Y = √ (y 2 ), it is a free-form surface composed of a rotationally asymmetric aspheric surface expressed by a mathematical formula including a polynomial of X and Y, and a single lens composed of a first surface 11a and a second surface 11b. The center reference position is coincident with the optical axis passing through the image height 0 that is the scanning center in the main scanning direction and parallel to the η axis.
For example, a free-form surface expression represented by the following expression (1) can be adopted.

Figure 0004608430
Figure 0004608430

ここで、総和記号のm、nは、0以上の整数で、Amnは、非球面係数を示す。
また、レンズ面を表すxyz座標系は、レンズ面の中心基準位置に原点を有し、第1レンズ11にあっては、φ=0°でポリゴンミラー8に入射された光束の軸上主光線が進む方向を表す光学基準軸41a(図3(b)参照)上にz軸が設けられ、図2のξ軸負方向がy軸正方向、ζ軸正方向がx軸正方向となっている直交座標系である。
なお、図3(a)、(b)は模式図のため、第1レンズ11、第2レンズ12の断面形状は、実際の形状とは関係のない形状に描いている。
第1レンズ11の具体的な主走査方向の断面形状を、図4に示す。
Here, the sum symbols m and n are integers of 0 or more, and A mn represents an aspheric coefficient.
The xyz coordinate system representing the lens surface has an origin at the center reference position of the lens surface. In the first lens 11, the axial main axis of the light beam incident on the polygon mirror 8 at φ 1 = 0 °. A z-axis is provided on an optical reference axis 41a (see FIG. 3B) that represents the direction in which the light beam travels. In FIG. 2, the ξ-axis negative direction is the y-axis positive direction and the ζ-axis positive direction is the x-axis positive direction. Is an orthogonal coordinate system.
3A and 3B are schematic diagrams, the cross-sectional shapes of the first lens 11 and the second lens 12 are drawn in a shape unrelated to the actual shape.
A specific cross-sectional shape of the first lens 11 in the main scanning direction is shown in FIG.

図3(b)に示すように、レーザ光30Dは、第1レンズ11の光軸から副走査方向にずれた部分を傾斜角φで図示斜め下方向(図1のζ軸負方向)に透過し、集光されつつ光軸側に屈折される。同様に、レーザ光30Cは、特に図示しないが、副走査方向の反対側にずれた部分を傾斜角各φで斜め上方向に透過し、集光されつつ光軸側に屈折される。そのため、本実施形態では、第1面11a、第2面11bの副走査方向の断面形状は、レンズ光軸を通り主走査方向に延びる平面に対して面対称となっている。
ただし、第1面11a、第2面11bは、XとYとの多項式なので、曲面の形状の自由度が向上し、例えば、レーザ光30C、30Dが光軸に対して副走査方向に異なる傾斜角で入射する場合、主走査、副走査方向に非対称な断面形状とすることもできる。またXとYとの積の項を含む場合、X、Yとの間に相関性を有するレンズ面を創生することができるから、レンズ面上を湾曲走査する光束に対して、効率的な屈折力を付与することができる。
As shown in FIG. 3 (b), the laser beam 30D is the inclination angle phi 1 in the illustrated obliquely downward deviation portions from the optical axis in the sub-scanning direction of the first lens 11 (zeta axial negative direction in FIG. 1) The light is transmitted and condensed while being refracted toward the optical axis. Similarly, the laser beam 30C is not particularly shown, passes obliquely upwardly deviation portions on the opposite side in the sub-scanning direction at a tilt angle each phi 1, is refracted toward the optical axis while being converged. Therefore, in the present embodiment, the cross-sectional shapes of the first surface 11a and the second surface 11b in the sub-scanning direction are plane-symmetric with respect to a plane that passes through the lens optical axis and extends in the main scanning direction.
However, since the first surface 11a and the second surface 11b are polynomials of X and Y, the degree of freedom of the shape of the curved surface is improved. For example, the laser beams 30C and 30D are inclined differently in the sub-scanning direction with respect to the optical axis. When incident at an angle, the cross-sectional shape may be asymmetric in the main scanning and sub-scanning directions. In addition, when the term of the product of X and Y is included, a lens surface having a correlation between X and Y can be created. A refractive power can be imparted.

また各主走査方向位置における副走査断面形状は、各光線透過位置において、第2レンズ12の入射面である第1面12a上での走査軌跡の湾曲量が低減されるように、像高に応じて変化する設定とされる。これは、第1面11a、第2面11bが、X、Yの多項式を含む数式で表現される自由曲面とすることで容易に実現される。   In addition, the sub-scanning cross-sectional shape at each position in the main scanning direction has an image height so that the amount of curvature of the scanning locus on the first surface 12a that is the incident surface of the second lens 12 is reduced at each light transmission position. The setting changes accordingly. This is easily realized by making the first surface 11a and the second surface 11b into free-form surfaces represented by mathematical expressions including X and Y polynomials.

第2レンズ12は、第1レンズ11から出射したレーザ光30Cを被走査面14の側で集光する長尺の単レンズであり、第1面12a、第2面12bとも、副走査方向の断面形状がレンズ光軸に対して対称とされた、球面または曲率半径が主走査方向に連続的に変化する球面からなり、主走査方向には非球面が形成された、副走査方向に球面を含む非球面で構成される。
例えば、次のような式(2)で表される非球面式を採用することができる。
The second lens 12 is a long single lens that condenses the laser light 30C emitted from the first lens 11 on the scanned surface 14 side, and both the first surface 12a and the second surface 12b are in the sub-scanning direction. The cross-sectional shape is symmetric with respect to the optical axis of the lens, and it consists of a spherical surface or a spherical surface whose curvature radius changes continuously in the main scanning direction, and an aspherical surface is formed in the main scanning direction. Consists of including aspheric surfaces.
For example, an aspherical expression represented by the following expression (2) can be adopted.

Figure 0004608430
Figure 0004608430

ここで、x、yは、レンズ面の中心基準位置に対する副走査方向、主走査方向の位置座標であり、X=√(x)、Y=√(y)である。総和記号のmは、0以上の整数で、A、Bは、非球面係数を示す。また、CUY、CUXは、それぞれ主走査方向断面の、副走査方向断面の近軸曲率半径の逆数である。
また、レンズ面を表すxyz座標系は、レンズ面の中心基準位置に原点を有し、第2レンズ12にあっては、第1レンズ11の出射面である第2面11bの中心基準位置からz軸正方向にdだけ移動し、x軸負方向にHだけ移動し、x軸正方向からz軸正方向に向かって角度φだけ回転した座標系として設定される。
第2レンズ12の具体的な主走査方向の断面形状を、図4に示す。
Here, x and y are position coordinates in the sub-scanning direction and the main scanning direction with respect to the center reference position of the lens surface, and X = √ (x 2 ) and Y = √ (y 2 ). The sum symbol m is an integer of 0 or more, and A m and B m represent aspherical coefficients. Further, CUY and CUX are reciprocals of the paraxial curvature radius of the cross section in the sub-scanning direction, respectively.
The xyz coordinate system representing the lens surface has an origin at the center reference position of the lens surface. In the second lens 12, the center reference position of the second surface 11b that is the exit surface of the first lens 11 is used. The coordinate system is set as a coordinate system that moves by d 5 in the positive z-axis direction, moves by H in the negative x-axis direction, and rotates by an angle φ 2 from the positive x-axis direction to the positive z-axis direction.
A specific cross-sectional shape of the second lens 12 in the main scanning direction is shown in FIG.

折り返しミラー20は、図1に示すように、第1レンズ11を透過してζ軸正方向側に斜めに出射されるレーザ光30Cをζ軸負方向かつη軸負方向側に偏向して、ηζ平面内で所定角度に光軸を傾斜させた第2レンズ12に入射させる光路を形成するものである。
折り返しミラー22は、第2レンズ12を透過したレーザ光30Cをζ軸正方向に偏向するものである。
折り返しミラー21は、第1レンズ11を透過してζ軸負方向側に斜めに出射されるレーザ光30Dをζ軸負方向かつη軸負方向側に偏向して、ηζ平面内で所定角度に光軸を傾斜させた他の第2レンズ12に入射させる光路を形成するものである。
折り返しミラー23は、第2レンズ12を透過したレーザ光30Dをζ軸正方向に偏向するものである。
As shown in FIG. 1, the folding mirror 20 deflects the laser light 30C transmitted through the first lens 11 and obliquely emitted toward the ζ axis positive direction side toward the ζ axis negative direction and the η axis negative direction side, An optical path to be incident on the second lens 12 whose optical axis is inclined at a predetermined angle in the ηζ plane is formed.
The folding mirror 22 deflects the laser light 30C transmitted through the second lens 12 in the positive z-axis direction.
The folding mirror 21 deflects the laser beam 30D transmitted through the first lens 11 and obliquely emitted toward the negative ζ-axis direction in the negative ζ-axis direction and the negative η-axis direction so as to have a predetermined angle within the ηζ plane. An optical path to be incident on another second lens 12 having an inclined optical axis is formed.
The folding mirror 23 deflects the laser light 30D transmitted through the second lens 12 in the positive z-axis direction.

保護ガラス13は、折り返しミラー22、23で偏向されたレーザ光30C、30Dを光走査装置1の外部に出射するために、筐体15の開口部に設けられた防塵のための平板ガラスである。   The protective glass 13 is a flat glass for dust prevention provided at the opening of the housing 15 in order to emit the laser beams 30C and 30D deflected by the folding mirrors 22 and 23 to the outside of the optical scanning device 1. .

なお、特に図示しないが、光走査装置1には、レーザ光30A〜Dの書き出し位置の同期信号を取得するための同期検知手段が設けられている。同期検知手段の構成および配置は、特に制限されず、必要に応じて周知の構成、配置を適宜採用することができる。また、ポリゴンモータ9の回転駆動制御、LD2A〜Dの点灯制御を行う適宜の制御手段を備えている。   Although not particularly illustrated, the optical scanning device 1 is provided with a synchronization detection unit for acquiring a synchronization signal of the writing position of the laser beams 30A to 30D. The configuration and arrangement of the synchronization detection means are not particularly limited, and a known configuration and arrangement can be appropriately adopted as necessary. In addition, appropriate control means for performing rotational drive control of the polygon motor 9 and lighting control of the LDs 2A to D2 are provided.

次に、画像形成装置50の概略構成について説明する。
画像形成装置50は、図1にその概略構成を示すように、光走査装置1の上方(ζ軸正方向側)に配置され、光走査装置1によりξ軸に略平行な線上に主走査されるレーザ光30A〜Dを、それぞれ露光に用いる電子写真方式のタンデム型の装置である。
すなわち、駆動ローラ53で図示左右方向に駆動され、テンションローラ54で張力を与えられた、転写紙(不図示)を搬送するための転写搬送ベルト52上に、所定間隔をおいて軸方向を平行に揃えられた感光体ドラム51A、51B、51C、51Dが配置されている。そして、レーザ光30A〜Dの像面が被走査面である感光体ドラム51A〜Dの表面に設定されている。
特に図示しないが、各感光体ドラムの円周方向には、それぞれ、感光体ドラムを一様帯電させるための帯電器、露光後に形成される静電潜像の電位に応じて帯電トナーを付着させて静電潜像を可視化する現像器、可視化されたトナー像を転写搬送ベルト52により搬送された転写紙上に転写する転写器、感光体ドラムを再使用するために残留トナーを除去するクリーナなど、電子写真に係る周知の構成要素がこの順に配置されている。
現像器は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを含むものが、それぞれ感光体ドラム51A〜Dに対応して配置されている。現像方式は、特に限定されないが、例えば露光部分が現像される反転現像方式を採用することができる。
また、特に図示しないが、転写搬送ベルト52の上下流には転写紙を給紙する給紙手段および転写紙に転写されたトナー像を転写紙上に熱定着する定着器が設けられている。
Next, a schematic configuration of the image forming apparatus 50 will be described.
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 50 is arranged above the optical scanning apparatus 1 (on the positive side of the ζ axis), and is subjected to main scanning on a line substantially parallel to the ξ axis by the optical scanning apparatus 1. The laser beam 30A to 30D is an electrophotographic tandem apparatus that is used for exposure.
That is, the axial direction is parallel to the transfer conveyance belt 52 for conveying transfer paper (not shown), which is driven by the drive roller 53 in the left-right direction in the figure and is given tension by the tension roller 54, with a predetermined interval. The photosensitive drums 51A, 51B, 51C and 51D are arranged. The image surfaces of the laser beams 30A to 30D are set on the surfaces of the photosensitive drums 51A to 51D that are the scanned surfaces.
Although not shown in the drawing, in the circumferential direction of each photosensitive drum, a charger for uniformly charging the photosensitive drum, and charged toner are attached in accordance with the potential of the electrostatic latent image formed after exposure. A developer that visualizes the electrostatic latent image, a transfer device that transfers the visualized toner image onto the transfer paper conveyed by the transfer conveying belt 52, a cleaner that removes residual toner to reuse the photosensitive drum, and the like. Known components relating to electrophotography are arranged in this order.
For example, developing devices including toners of yellow, magenta, cyan, and black are arranged corresponding to the photosensitive drums 51A to 51D, respectively. The development method is not particularly limited, and for example, a reversal development method in which an exposed portion is developed can be employed.
Although not particularly shown, a paper feeding unit for feeding the transfer paper and a fixing device for thermally fixing the toner image transferred to the transfer paper on the transfer paper are provided upstream and downstream of the transfer conveyance belt 52.

次に画像形成システム200の動作について、本実施形態の走査光学系の作用を中心に説明する。画像形成装置50の動作については、周知なので詳しい説明を省略する。
図5(a)、(b)は、本発明の実施形態に係る走査光学系の作用について説明するための第2レンズ光学系における光束の透過位置を表す模式図である。図6は、本発明の実施形態に係る走査光学系の走査線曲がりの一例を示すグラフである。横軸は走査角(単位は、度)、縦軸は湾曲量(単位は、mm)を示す。図7は、本発明の実施形態に係る走査光学系の像面のスポット径の一例を示すグラフである。横軸は走査角(単位は、度)、縦軸はスポット径(単位は、μm)を示す。
Next, the operation of the image forming system 200 will be described focusing on the operation of the scanning optical system of the present embodiment. Since the operation of the image forming apparatus 50 is well known, detailed description thereof is omitted.
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing the light beam transmission position in the second lens optical system for explaining the operation of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing an example of scanning line bending of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the scanning angle (unit: degrees), and the vertical axis represents the amount of bending (unit: mm). FIG. 7 is a graph showing an example of the spot diameter of the image plane of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the scanning angle (unit: degree), and the vertical axis represents the spot diameter (unit: μm).

走査光学系の作用は、レーザ光30A〜Dのいずれの光路でも同様なので、以下では、レーザ光30Dの位置関係にしたがって説明する。
まず、LD2Dが点灯されると、図3(a)、(b)に示すように、コリメートレンズ3により、収束性を調整され、例えば収束光として出射され、アパーチャ4により光学基準軸40aに直交する方向の断面形状が整形されたレーザ光30Dが出射される。
レーザ光30Dは、シリンドリカルレンズ6に入射して副走査方向に集光され、主走査方向には、コリメートレンズ3の集光作用に応じてわずかに集光される。そして、ビームスプリッタ7で反射されることで、光学基準軸41aに角度θだけ傾斜するとともに、ξη平面に対してξ軸負方向にφだけ傾斜した方向の軸上主光線40aに沿う方向から、偏向面8bに入射される。
偏向面8b上では、シリンドリカルレンズ6の作用により副走査方向に延びる線状に結像され、ポリゴンミラー8の回転に応じて、主走査方向に等角速度で偏向されるとともに、副走査方向には斜入射の傾斜角φに応じて斜め下方向(図1のζ軸負方向)に偏向走査される。
Since the operation of the scanning optical system is the same in any of the optical paths of the laser beams 30A to 30D, the following description will be given according to the positional relationship of the laser beam 30D.
First, when the LD 2D is turned on, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the convergence is adjusted by the collimating lens 3, for example, emitted as convergent light, and orthogonal to the optical reference axis 40a by the aperture 4. A laser beam 30D having a cross-sectional shape in the direction to be emitted is emitted.
The laser beam 30D enters the cylindrical lens 6 and is condensed in the sub-scanning direction, and is slightly condensed in the main scanning direction according to the condensing action of the collimating lens 3. Then, by being reflected by the beam splitter 7, the optical reference axis 41 a is inclined by the angle θ 1, and the direction along the axial principal ray 40 a is inclined by φ 1 in the negative ξ axis direction with respect to the ξη plane. To the deflecting surface 8b.
On the deflection surface 8b, an image is formed in a linear shape extending in the sub-scanning direction by the action of the cylindrical lens 6, deflected at a constant angular velocity in the main scanning direction according to the rotation of the polygon mirror 8, and in the sub-scanning direction. obliquely downward according to the inclination angle phi 1 of oblique incidence is deflected and scanned in (zeta axial negative direction in FIG. 1).

偏向面8bで偏向されたレーザ光30Dは、副走査方向に斜め下方向に傾斜した光路に沿って進み、副走査方向に発散し、主走査方向に収束しつつ、第1レンズ11の第1面11aに入射する。このとき、斜入射方式では、ポリゴンミラー8の回転に伴って、走査線湾曲が発生するため、第1レンズ11および第2レンズ12に対し、湾曲した状態の光線が、入射する。
本実施形態では、第1面11a、第2面11bの形状を式(1)の自由曲面により形成するので、レーザ光30Dの入射位置に応じて屈折力を可変することにより、第2レンズ12の第1面12aへの入射位置が、レンズ面の中心基準位置を通り主走査方向に延びるレンズ中心線42(図5参照)を跨る走査軌跡を描くようにしている。
例えば、有効走査領域において正の最大像高、像高0、負の最大像高に向かう光線の走査位置を示すと、第1面12aでは、図5(a)のスポット45a、45b、45c、第2面12bでは、図5(b)のスポット46a、46b、46cのようになっている。スポット45bは、レンズ中心線42からx軸正方向にhの領域を透過し、スポット45a、45cは、レンズ中心線42からx軸負方向に最大hの領域を透過する。
また、同様に、スポット46bは、レンズ中心線42からx軸正方向にhの領域を透過し、スポット46a、46cは、レンズ中心線42からx軸負方向に最大hの領域を透過する。
そして、第2レンズ12の集光作用を受けて、保護ガラス13を透過して被走査面14上に結像される。
The laser beam 30D deflected by the deflecting surface 8b travels along an optical path inclined obliquely downward in the sub-scanning direction, diverges in the sub-scanning direction, and converges in the main scanning direction, while being first in the first lens 11. Incident on the surface 11a. At this time, in the oblique incidence method, the scanning line curve is generated with the rotation of the polygon mirror 8, so that the curved light beam is incident on the first lens 11 and the second lens 12.
In the present embodiment, the shape of the first surface 11a and the second surface 11b is formed by the free-form surface of the formula (1). Therefore, by changing the refractive power according to the incident position of the laser beam 30D, the second lens 12 Is incident on the first surface 12a so as to draw a scanning locus across a lens center line 42 (see FIG. 5) passing through the center reference position of the lens surface and extending in the main scanning direction.
For example, when the scanning position of the light beam toward the positive maximum image height, the image height 0, and the negative maximum image height in the effective scanning area is shown, the first surface 12a has spots 45a, 45b, 45c, FIG. On the second surface 12b, spots 46a, 46b and 46c in FIG. 5B are formed. Spot 45b is transmitted through the region of h 1 from the lens center line 42 in the x-axis positive direction, the spot 45a, 45 c is transmitted through the region of the maximum h 2 from the lens center line 42 in the x-axis negative direction.
Similarly, spot 46b is transmitted through the region of h 3 from the lens center line 42 in the x-axis positive direction, the spot 46a, 46c is transmitted through the region of the maximum h 4 from the lens center line 42 in the x-axis negative direction To do.
Then, under the light condensing action of the second lens 12, the light passes through the protective glass 13 and forms an image on the scanned surface 14.

このように、第2レンズ12を透過するレーザ光30Dが、第2レンズ12にレンズ中心線42を副走査方向に跨る走査軌跡を描くことで、軌跡全体が、レンズ中心に寄り、副走査方向における有効域を、小さくすることができる。ここで、hとhと、およびhとhとは、それぞれ略同寸法とすることが好ましい。それにより、有効域を狭めることができる。
例えば、後述する数値実施例の条件では、h=h=1.5mm、h=1.6mm、h=1.4mmに設定されている。そして、斜入射方式にもかかわらず、図6に示すように、走査線湾曲量が、±0.001mm以下という、きわめて良好な性能を達成することができる。
また、図7の曲線301、302に示すように、主走査方向の像面スポット径、および副走査方向の像面スポット径も、例えば、約63μm〜66μmと、各像高(走査角)にわたってバラツキの少ない状態で結像することができる。
As described above, the laser light 30D transmitted through the second lens 12 draws a scanning locus that crosses the lens center line 42 in the sub-scanning direction on the second lens 12, so that the entire locus is close to the lens center and the sub-scanning direction. The effective area at can be reduced. Here, it is preferable that h 1 and h 2 and h 3 and h 4 have substantially the same dimensions. Thereby, the effective range can be narrowed.
For example, in the conditions of the numerical examples described later, h 1 = h 2 = 1.5 mm, h 3 = 1.6 mm, and h 4 = 1.4 mm are set. In spite of the oblique incidence method, as shown in FIG. 6, it is possible to achieve a very good performance such that the scanning line bending amount is ± 0.001 mm or less.
Further, as indicated by curves 301 and 302 in FIG. 7, the image plane spot diameter in the main scanning direction and the image plane spot diameter in the sub-scanning direction are about 63 μm to 66 μm, for example, over each image height (scanning angle). An image can be formed with little variation.

一方、後述する従来技術の条件を用いた比較例の数値計算例では、図9に示すように、h、h、h、hにそれぞれ相当するh10、h20、h30、h4010=0.1mm、h20=3.2mm、h30=0.1mm、h40=3.2mmというように、レンズ中心面42に対して偏芯しており、広い有効域が必要となる。また、図10に示すように、走査線湾曲量も、は約−0.009mm〜+0.015mmと、本実施形態と比べて、大きい。
主走査方向の像面スポット径、および副走査方向の像面スポット径は、図11の曲線401、402に示すように、略同等性能である。
On the other hand, in the numerical calculation example of the comparative example using the conditions of the prior art described later, as shown in FIG. 9, h 10 , h 20 , h 30 , respectively corresponding to h 1 , h 2 , h 3 , h 4 , h 40 is, h 10 = 0.1mm, h 20 = 3.2mm, h 30 = 0.1mm, and so h 40 = 3.2 mm, and eccentrically with respect to the lens center plane 42, wide effective An area is required. Further, as shown in FIG. 10, the scanning line bending amount is also about −0.009 mm to +0.015 mm, which is larger than that of the present embodiment.
The image plane spot diameter in the main scanning direction and the image plane spot diameter in the sub-scanning direction have substantially the same performance as shown by curves 401 and 402 in FIG.

このように、本実施形態では、ポリゴンミラー8に副走査方向に斜入射することにより第1レンズ11の軸外光として集光されるレーザ光30A〜Dを、位置座標の絶対値X、Yの多項式を含む自由曲面で屈折し、それぞれ第2レンズ12にそのレンズ中心線42を跨るように入射する光学系となっているので、走査線曲がりやスポット径性能を、十分補正しつつ、第1レンズ11に比べて長尺となり、生産に高度な技術が必要とされる、第2レンズ12の副走査方向有効域を小さく抑えることができる。また、各レーザ光30A〜Dに応じて4個必要となる第2レンズ12の、主走査方向における非球面形状を非対称にしながらも、1種類のレンズで、構成可能となり、安価なタンデム走査光学系が、実現できる。   As described above, in this embodiment, the laser beams 30A to 30D that are collected as off-axis light of the first lens 11 by being obliquely incident on the polygon mirror 8 in the sub-scanning direction are converted into absolute values X and Y of position coordinates. Since the optical system is refracted by a free-form surface including the polynomial and is incident on the second lens 12 so as to straddle the lens center line 42, the scanning line bending and the spot diameter performance are sufficiently corrected, The effective range of the second lens 12 in the sub-scanning direction, which is longer than the one lens 11 and requires advanced technology for production, can be kept small. In addition, four tandem scanning optics that can be configured with one type of lens while asymmetrical aspherical shape in the main scanning direction of the second lens 12 that is required in accordance with each of the laser beams 30A to 30D is provided. The system can be realized.

また、このような光走査装置1を用いた画像形成システム200では、同様の作用効果を有するとともに、各レーザ光30A〜Dによる露光画像を重ね合わせたときに副走査方向のずれを低減できるので、例えばタンデム方式のカラー画像を形成する場合に色ずれなどの少ない良好な画質を得ることができるという利点がある。   In addition, the image forming system 200 using such an optical scanning device 1 has the same operational effects and can reduce the deviation in the sub-scanning direction when the exposure images by the laser beams 30A to 30D are superimposed. For example, when a tandem color image is formed, there is an advantage that a good image quality with little color shift can be obtained.

なお、上記の実施形態では、第1レンズ光学系、第2レンズ光学系がそれぞれ単レンズの場合で説明したが、第1レンズ光学系の自由曲面が2面以上あれば、それぞれ複数のレンズからなるレンズ群により構成してもよい。   In the above embodiment, the first lens optical system and the second lens optical system are each a single lens. However, if there are two or more free-form surfaces of the first lens optical system, a plurality of lenses are used. You may comprise by the lens group which becomes.

また、上記の第1レンズ光学系、第2光学レンズ光学系の自由曲面を表す式は、一例であって、第2レンズ光学系のレンズ中心線を跨る配置として、良好な収差補正を行うことができる自由曲面であれば、異なる表現の自由曲面式を採用してもよい。
また、上記の説明では、自由曲面式が、それぞれ、X=√(x)、Y=√(y)の多項式からなる例で説明したが、必要に応じて、x、y、X、Yの少なくともいずれかの組み合わせの多項式を含む数式で表されていてもよい。
すなわち、前記少なくとも2面の自由曲面が、中心基準位置に対して副走査方向の位置座標をx、主走査方向の位置座標をyとし、X=√(x)、Y=√(y)とするとき、x、y、X、Yの少なくともいずれかの多項式を含む数式で表現される回転非対称な非球面からなる構成でもよい。
Further, the above-described equations representing the free-form surfaces of the first lens optical system and the second optical lens optical system are examples, and good aberration correction is performed as an arrangement straddling the lens center line of the second lens optical system. As long as it is a free-form surface that can be used, different-form free-form surface expressions may be adopted.
In the above description, the free-form surface equations are described as examples of polynomials of X = √ (x 2 ) and Y = √ (y 2 ), respectively, but as necessary, x, y, X, You may represent with the numerical formula containing the polynomial of at least any combination of Y.
That is, in the at least two free-form surfaces, the position coordinate in the sub-scanning direction with respect to the center reference position is x, and the position coordinate in the main scanning direction is y, and X = √ (x 2 ), Y = √ (y 2 ), It may be configured by a rotationally asymmetric aspherical surface expressed by a mathematical formula including at least one of the polynomials x, y, X, and Y.

また、上記の説明では、走査光学系として、第1レンズ光学系に2つの光束を斜入射させた2ビーム走査を光偏向器の異なる2面で行うことで、4ビーム走査を行うようにした例で説明したが、第1レンズ光学系に2つ以上、例えば4つの光束を斜入射させて4ビーム走査を行うようにしてもよい。その場合、4つのビームの少なくとも2つの斜入射の傾斜角は異なるものとなるが、本発明によれば、第2レンズ光学系は、すべて共通のレンズ構成とすることができる。   In the above description, as the scanning optical system, two-beam scanning in which two light beams are obliquely incident on the first lens optical system is performed on two different surfaces of the optical deflector to perform four-beam scanning. As described in the example, two or more, for example, four light beams may be obliquely incident on the first lens optical system to perform four-beam scanning. In that case, the tilt angles of at least two oblique incidences of the four beams are different, but according to the present invention, the second lens optical systems can all have a common lens configuration.

ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
光走査装置1は走査光学装置の一実施形態である。ビーム光源5A〜Dは、光源の一実施形態である。ポリゴンミラー8は、光偏向器の一実施形態である。第1レンズ11、第2レンズ12は、それぞれ第1レンズ光学系、第2レンズ光学系の一実施形態である。
Here, a case will be described where the names of the correspondence relationship between the terminology of the above embodiment and the terminology of the claims are different.
The optical scanning device 1 is an embodiment of a scanning optical device. The beam light sources 5A to 5D are an embodiment of a light source. The polygon mirror 8 is an embodiment of an optical deflector. The first lens 11 and the second lens 12 are embodiments of the first lens optical system and the second lens optical system, respectively.

次に、上記の実施形態の走査光学系(図4参照)の実施例である数値実施例について説明する。下記にこの光学系の光学条件を示す。   Next, numerical examples which are examples of the scanning optical system (see FIG. 4) of the above embodiment will be described. The optical conditions of this optical system are shown below.

本実施例の座標系は、上記に説明したxyz座標系である。その座標系を用いて、第1レンズ11の第1面11a(s4)、第2面11b(s5)の回転非対称な非球面からなる自由曲面が式(1)で、第2レンズ12の第1面12a(s6)、第2面12b(s7)の回転非対称な非球面が式(2)で、それぞれ表される。
下表の面s、間隔d、屈折率n(d線における値)の番号は、図3、4にs、d、n(iは、1以上の整数)で示されるものと対応する。記載なき屈折率は、n=1である。また添字x、yは、x軸方向(副走査方向)、y軸方向(主走査方向)を意味する。
偏芯量、傾斜角は図3(b)にそれぞれ、H、φと記載したものである。また、図3(b)に示すように、間隔dは、光学基準軸41a上の寸法を表している。
また、以下の単位は、特に記載がない場合、長さは(mm)、角度は(°)である。また、記載なき非球面係数の値は0である。
The coordinate system of the present embodiment is the xyz coordinate system described above. Using the coordinate system, a free-form surface composed of rotationally asymmetric aspherical surfaces of the first surface 11a (s4) and the second surface 11b (s5) of the first lens 11 is expressed by Equation (1). The rotationally asymmetric aspherical surfaces of the first surface 12a (s6) and the second surface 12b (s7) are represented by Expression (2), respectively.
The numbers of the surface s, the distance d, and the refractive index n (value in the d line) in the table below correspond to those indicated by s i , d i , and n i (i is an integer of 1 or more) in FIGS. To do. A refractive index not described is n = 1. The subscripts x and y mean the x-axis direction (sub-scanning direction) and the y-axis direction (main scanning direction).
The amount of eccentricity and the inclination angle are described as H and φ 2 in FIG. Further, as shown in FIG. 3 (b), distance d 5 represents the size of the optical reference axis 41a.
Further, in the following units, unless otherwise specified, the length is (mm) and the angle is (°). The value of the aspheric coefficient not described is 0.

アパーチャ4の形状は、長径が主走査方向、短径が副走査方向に延ばされた楕円形状であり、長径×短径が5.3mm×1.3mmである。
ポリゴンミラー8への入射角θは、60°、走査角θは、72.8°、LD2A〜Dの波長は、788nm、感光体書き込み幅は、304mmとした。
光束の収束性は、上記実施形態に記載した値に設定している。
The shape of the aperture 4 is an elliptical shape in which the major axis extends in the main scanning direction and the minor axis extends in the sub-scanning direction, and the major axis × minor axis is 5.3 mm × 1.3 mm.
The incident angle θ 1 to the polygon mirror 8 is 60 °, the scanning angle θ 2 is 72.8 °, the wavelengths of the LDs 2A to D are 788 nm, and the photosensitive member writing width is 304 mm.
The convergence of the light beam is set to the value described in the above embodiment.

面s 曲率半径(x) 曲率半径(y) 間隔 屈折率 偏芯量 傾斜角
1 r1x = 41.9 r1y = ∞ d1 = 3.00 n1=1.511 0 0
2 r2x = ∞ r2y = ∞ d2 = 67.86 0 0
3 r3x = ∞ r3y = ∞ d3 = 49.68 0 0
4 自由曲面[1] d4 = 10.00 n2=1.525 0 0
5 自由曲面[2] d5 = 71.00 0 0
6 非球面[1] d6 = 10.00 n3=1.525 2.7 2
7 非球面[2] d7 = 17.00 0 0
8 r8x = ∞ r8y = ∞ d8 = 1.90 n4=1.511 0 0
9 r9x = ∞ r9y = ∞ d9 =100.50 0 0
像面 ∞ ∞
Surface s Curvature radius (x) Curvature radius (y) Distance Refractive index Eccentricity Inclination angle
1 r 1x = 41.9 r 1y = ∞ d 1 = 3.00 n 1 = 1.511 0 0
2 r 2x = ∞ r 2y = ∞ d 2 = 67.86 0 0
3 r 3x = ∞ r 3y = ∞ d 3 = 49.68 0 0
4 Free-form surface [1] d 4 = 10.00 n 2 = 1.525 0 0
5 Free-form surface [2] d 5 = 71.00 0 0
6 Aspherical surface [1] d 6 = 10.00 n 3 = 1.525 2.7 2
7 Aspherical surface [2] d 7 = 17.00 0 0
8 r 8x = ∞ r 8y = ∞ d 8 = 1.90 n 4 = 1.511 0 0
9 r 9x = ∞ r 9y = ∞ d 9 = 100.50 0 0
Image plane ∞ ∞

Figure 0004608430
Figure 0004608430

Figure 0004608430
Figure 0004608430

Figure 0004608430
Figure 0004608430

Figure 0004608430
Figure 0004608430

非球面[1] (s6)
近軸曲率半径 1/CUX= 150.54 1/CUY= -152.63
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 1.48877x10-4 4 -2.24865x10-6 5 -1.19869x10-9
6 4.01631x10-107 -4.11297x10-128 1.39095x10-14
非球面係数(y≦0)
3 1.22529x10-4 4 -1.46136x10-6 5 -4.23228x10-9
6 2.63752x10-107 -2.27234x10-128 7.14276x10-15
非球面[2] (s7)
近軸曲率半径 1/CUX= -42.33 1/CUY= -275.38
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 1.33436x10-4 4 -2.17572x10-6 5 -6.45045x10-9
6 4.85544x10-107 -4.81268x10-128 1.63420x10-14
3 6.23116x10-7 4 -4.55498x10-8 5 7.40463x10-10
6 -3.80739x10-12
非球面係数(y≦0)
3 1.04392x10-4 4 -1.39194x10-6 5 -1.04078x10-8
6 4.00591x10-107 -3.69756x10-128 1.26912x10-14
3 1.19352
x10-6 4 -6.43712x10-8 5 9.73294x10-10
6 -4.84314x10-12
Aspherical [1] (s6)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = 150.54 1 / CUY = -152.63
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 1.48877x10 -4 A 4 -2.24865x10 -6 A 5 -1.19869x10 -9
A 6 4.01631x10 -10 A 7 -4.11297x10 -12 A 8 1.39095x10 -14
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 1.22529x10 -4 A 4 -1.46136x10 -6 A 5 -4.23228x10 -9
A 6 2.63752x10 -10 A 7 -2.27234x10 -12 A 8 7.14276x10 -15
Aspherical [2] (s7)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = -42.33 1 / CUY = -275.38
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 1.33436x10 -4 A 4 -2.17572x10 -6 A 5 -6.45045x10 -9
A 6 4.85544x10 -10 A 7 -4.81268x10 -12 A 8 1.63420x10 -14
B 3 6.23116x10 -7 B 4 -4.55498x10 -8 B 5 7.40463x10 -10
B 6 -3.80739x10 -12
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 1.04392x10 -4 A 4 -1.39194x10 -6 A 5 -1.04078x10 -8
A 6 4.00591x10 -10 A 7 -3.69756x10 -12 A 8 1.26912x10 -14
B 3 1.19352
x10 -6 B 4 -6.43712x10 -8 B 5 9.73294x10 -10
B 6 -4.84314x10 -12

以上の光学条件によれば、上記実施形態に説明したように、走査線曲がり、像面スポット径が、それぞれ図6、7のようになる。   According to the above optical conditions, as described in the above embodiment, the scanning line curve and the image surface spot diameter are as shown in FIGS.

次に、比較例として、従来技術による走査光学系の数値計算例を示す。
図8は、従来技術に係る走査光学系の比較例における主走査方向の光線図である。図9(a)、(b)は、従来技術に係る走査光学系の比較例の第2レンズ光学系における光束の透過位置を表す模式図である。図10は、従来技術に係る走査光学系の比較例の走査線曲がりを示すグラフである。横軸は走査角(単位は、度)、縦軸は湾曲量(単位は、mm)を示す。図11は、従来技術に係る走査光学系の比較例の像面のスポット径を示すグラフである。横軸は走査角(単位は、度)、縦軸はスポット径(単位は、μm)を示す。
Next, as a comparative example, a numerical calculation example of a scanning optical system according to the prior art is shown.
FIG. 8 is a ray diagram in the main scanning direction in a comparative example of the scanning optical system according to the related art. FIGS. 9A and 9B are schematic views showing the transmission position of the light beam in the second lens optical system of the comparative example of the scanning optical system according to the prior art. FIG. 10 is a graph showing scanning line bending in a comparative example of a scanning optical system according to the related art. The horizontal axis represents the scanning angle (unit: degrees), and the vertical axis represents the amount of bending (unit: mm). FIG. 11 is a graph showing the spot diameter of the image plane of the comparative example of the scanning optical system according to the prior art. The horizontal axis represents the scanning angle (unit: degree), and the vertical axis represents the spot diameter (unit: μm).

比較例の走査光学系は、上記実施例のシリンドリカルレンズ6、第1レンズ11、第2レンズ12、保護ガラス13に代えて、それぞれシリンドリカルレンズ60、第1レンズ110、第2レンズ120、保護ガラス130を備える。第1レンズ110、第2レンズ120は、走査レンズ系100を構成している。
第1レンズ110の第1面s4、第2面s5、第2レンズ12の第1面s6、第2面s7は、それぞれ、式(2)で表される非球面を採用している。
下記に、本比較例の光学条件を示す。なお、各面sの位置関係は、図3(a)、(b)の位置関係と同様である。また、特に断らない限り、各表の意味や単位は、上記実施例の場合と同様である。
In the scanning optical system of the comparative example, the cylindrical lens 60, the first lens 110, the second lens 120, and the protective glass are used instead of the cylindrical lens 6, the first lens 11, the second lens 12, and the protective glass 13, respectively. 130. The first lens 110 and the second lens 120 constitute a scanning lens system 100.
The first surface s4 and the second surface s5 of the first lens 110, and the first surface s6 and the second surface s7 of the second lens 12, respectively, are aspheric surfaces represented by Expression (2).
The optical conditions of this comparative example are shown below. In addition, the positional relationship of each surface s is the same as the positional relationship of FIG. 3 (a), (b). Unless otherwise specified, the meanings and units of each table are the same as in the above examples.

アパーチャ4の形状、ポリゴンミラー8への入射角θ1、60°、LD2A〜Dの波長、感光体書き込み幅は、それぞれ上記実施例と同様である。ただし、走査角θ2は、76°になっている。
光束の収束性は、上記数値実施例と同様に、収束光とし、後段の光学系がないと仮定した場合、シリンドリカルレンズ60の第1面s1から、収束位置までの距離は、41.6mmである。
The shape of the aperture 4, the incident angles θ <b> 1 and 60 degrees to the polygon mirror 8, the wavelengths of the LD <b> 2 </ b> A to D, and the photosensitive member writing width are the same as those in the above embodiment. However, the scanning angle θ2 is 76 °.
As in the above numerical example, the convergence of the light beam is converged light, and assuming that there is no subsequent optical system, the distance from the first surface s1 of the cylindrical lens 60 to the convergence position is 41 5 . 6 mm.

面s 曲率半径(x) 曲率半径(y) 間隔 屈折率 偏芯量 傾斜角
1 r1x = 42.5 r1y = ∞ d1 = 3.00 n1=1.511 0 0
2 r2x = ∞ r2y = ∞ d2 = 67.98 0 0
3 r3x = ∞ r3y = ∞ d3 = 49.68 0 0
4 非球面[1] d4 = 10.00 n2=1.527 0 0
5 非球面[2] d5 = 71.00 0 0
6 非球面[3] d6 = 10.00 n3=1.527 1.8 1
7 非球面[4] d7 = 17.00 0 0
8 r8x = ∞ r8y = ∞ d8 = 3.00 n4=1.511 0 14
9 r9x = ∞ r9y = ∞ d9 = 89.50 0 0
像面 ∞ ∞
Surface s Curvature radius (x) Curvature radius (y) Distance Refractive index Eccentricity Inclination angle
1 r 1x = 42.5 r 1y = ∞ d 1 = 3.00 n 1 = 1.511 0 0
2 r 2x = ∞ r 2y = ∞ d 2 = 67.98 0 0
3 r 3x = ∞ r 3y = ∞ d 3 = 49.68 0 0
4 Aspherical surface [1] d 4 = 10.00 n 2 = 1.527 0 0
5 Aspherical surface [2] d 5 = 71.00 0 0
6 Aspherical surface [3] d 6 = 10.00 n 3 = 1.527 1.8 1
7 Aspherical surface [4] d 7 = 17.00 0 0
8 r 8x = ∞ r 8y = ∞ d 8 = 3.00 n 4 = 1.511 0 14
9 r 9x = ∞ r 9y = ∞ d 9 = 89.50 0 0
Image plane ∞ ∞

非球面[1] (s4)
近軸曲率半径 1/CUX= 164.26 1/CUY= -140.13
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 4.73755x10-5 4 -2.40200x10-7 5 4.66318x10-8
6 -5.21870x10-107 -4.05845x10-138 6.01082x10-15
非球面係数(y≦0)
3 1.37707x10-5 4 7.78383x10-7 5 1.41738x10-8
6 -3.61476x10-107 -2.07187x10-138 1.36999x10-14
非球面[2] (s5)
近軸曲率半径 1/CUX=-738.40 1/CUY= -83.46
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 5.27362x10-5 4 -4.40245x10-8 5 4.11717x10-8
6 -2.43258x10-107 -1.80503x10-128 -4.44786x10-15
非球面係数(y≦0)
3 2.05332x10-5 4 9.74466x10-7 5 1.26069x10-8
6 9.74466x10-7 7 8.75623x10-138 -1.86863x10-14
Aspherical [1] (s4)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = 164.26 1 / CUY = -140.13
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 4.73755x10 -5 A 4 -2.40200x10 -7 A 5 4.66318x10 -8
A 6 -5.21870x10 -10 A 7 -4.05845x10 -13 A 8 6.01082x10 -15
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 1.37707x10 -5 A 4 7.78383x10 -7 A 5 1.41738x10 -8
A 6 -3.61476x10 -10 A 7 -2.07187x10 -13 A 8 1.36999x10 -14
Aspherical [2] (s5)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = -738.40 1 / CUY = -83.46
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 5.27362x10 -5 A 4 -4.40245x10 -8 A 5 4.11717x10 -8
A 6 -2.43258x10 -10 A 7 -1.80503x10 -12 A 8 -4.44786x10 -15
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 2.05332x10 -5 A 4 9.74466x10 -7 A 5 1.26069x10 -8
A 6 9.74466x10 -7 A 7 8.75623x10 -13 A 8 -1.86863x10 -14

非球面[3] (s6)
近軸曲率半径 1/CUX= 63.08 1/CUY= -166.24
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 9.88676x10-5 4 -8.25880x10-7 5 -3.27257x10-9
6 2.47857x10-117 7.15600x10-138 -2.30731x10-15
9 -1.16031x10-1710 -1.30269x10-19
非球面係数(y≦0)
3 5.86214x10-5 4 7.04998x10-7 5 -1.56633x10-8
6 -4.25811x10-117 5.75476x10-138 1.36618x10-14
9 -1.55905x10-1710 -7.82859x10-19
非球面[4] (s7)
近軸曲率半径 1/CUX= -66.56 1/CUY=-294.76
k= 0.00
非球面係数(y>0)
3 8.23503x10-5 4 -4.88945x10-7 5 -2.09299x10-8
6 3.79620x10-107 -2.08587x10-128 -1.05333x10-14
9 2.38604x10-1610 -1.14234x10-18
3 -2.67291x10-6 4 -1.34418x10-7 5 6.40862x10-9
6 -7.44915x10-118 3.60934x10-1510 -1.00153x10-19
非球面係数(y≦0)
3 5.36763x10-5 4 1.22824x10-7 5 -7.64750x10-9
6 2.29306x10-127 -1.17409x10-128 2.01992x10-14
9 4.33428x10-1710 -1.06020x10-18
3 -3.18931x10-6 4 -1.83997x10-8 5 2.00116x10-11
6 6.72583x10-117 -1.25700x10-128 4.20945x10-15
9 5.01618x10-1710 -2.92028x10-19
Aspherical [3] (s6)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = 63.08 1 / CUY = -166.24
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 9.88676x10 -5 A 4 -8.25880x10 -7 A 5 -3.27257x10 -9
A 6 2.47857x10 -11 A 7 7.15600x10 -13 A 8 -2.30731x10 -15
A 9 -1.16031x10 -17 A 10 -1.30269x10 -19
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 5.86214x10 -5 A 4 7.04998x10 -7 A 5 -1.56633x10 -8
A 6 -4.25811x10 -11 A 7 5.75476x10 -13 A 8 1.36618x10 -14
A 9 -1.55905x10 -17 A 10 -7.82859x10 -19
Aspherical [4] (s7)
Paraxial radius of curvature 1 / CUX = -66.56 1 / CUY = -294.76
k = 0.00
Aspheric coefficient (y> 0)
A 3 8.23503x10 -5 A 4 -4.88945x10 -7 A 5 -2.09299x10 -8
A 6 3.79620x10 -10 A 7 -2.08587x10 -12 A 8 -1.05333x10 -14
A 9 2.38604x10 -16 A 10 -1.14234x10 -18
B 3 -2.67291x10 -6 B 4 -1.34418x10 -7 B 5 6.40862x10 -9
B 6 -7.44915x10 -11 B 8 3.60934x10 -15 B 10 -1.00153x10 -19
Aspheric coefficient (y ≦ 0)
A 3 5.36763x10 -5 A 4 1.22824x10 -7 A 5 -7.64750x10 -9
A 6 2.29306x10 -12 A 7 -1.17409x10 -12 A 8 2.0 1992x10 -14
A 9 4.33428x10 -17 A 10 -1.06020x10 -18
B 3 -3.18931x10 -6 B 4 -1.83997x10 -8 B 5 2.00116x10 -11
B 6 6.72583x10 -11 B 7 -1.25 700x10 -12 B 8 4.20945x10 -15
B 9 5.01618x10 -17 B 10 -2.92028x10 -19

以上の比較例の光学条件によれば、上記実施形態に説明したように、走査線曲がり、像面スポット径が、それぞれ図10、11のようになる。   According to the optical conditions of the above comparative example, as described in the above embodiment, the scanning line is bent and the image plane spot diameter is as shown in FIGS.

本発明の実施形態に係る走査光学装置および画像形成システムの概略構成を模式的に示す通紙方向に沿う断面図である。1 is a cross-sectional view along a sheet passing direction schematically showing a schematic configuration of a scanning optical apparatus and an image forming system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の光源部の概略構成を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically schematic structure of the light source part of the scanning optical system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の構成を説明するための主走査方向および副走査方向における模式的な概略光路図である。FIG. 3 is a schematic schematic optical path diagram in the main scanning direction and the sub-scanning direction for explaining the configuration of the scanning optical system according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の主走査方向の光線図である。It is a light ray figure of the main scanning direction of the scanning optical system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の作用について説明するための第2レンズ光学系における光束の透過位置を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the transmission position of the light beam in the 2nd lens optical system for demonstrating the effect | action of the scanning optical system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の走査線曲がりの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the scanning line curve of the scanning optical system concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る走査光学系の像面のスポット径の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the spot diameter of the image surface of the scanning optical system which concerns on embodiment of this invention. 従来技術に係る走査光学系の比較例における主走査方向の光線図である。It is a light ray figure of the main scanning direction in the comparative example of the scanning optical system which concerns on a prior art. 従来技術に係る走査光学系の比較例の第2レンズ光学系における光束の透過位置を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the transmission position of the light beam in the 2nd lens optical system of the comparative example of the scanning optical system which concerns on a prior art. 従来技術に係る走査光学系の比較例の走査線曲がりを示すグラフである。It is a graph which shows the scanning line curve of the comparative example of the scanning optical system which concerns on a prior art. 従来技術に係る走査光学系の比較例の像面のスポット径を示すグラフである。It is a graph which shows the spot diameter of the image surface of the comparative example of the scanning optical system which concerns on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 光走査装置
3 コリメートレンズ
4 アパーチャ
5A、5B、5C、5D ビーム光源(光源)
6 シリンドリカルレンズ
8 ポリゴンミラー(光偏向器)
8a、8b 偏向面
10 走査レンズ系
11 第1レンズ(第1レンズ光学系)
11a、12a 第1面
11b、12b 第2面
12 第2レンズ(第2レンズ光学系)
14 被走査面
30A、30B、30C、30D レーザ光(光束)
50 画像形成装置
51A、51B、51C、51D 感光体ドラム
200 画像形成システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical scanning device 3 Collimating lens 4 Aperture 5A, 5B, 5C, 5D Beam light source (light source)
6 Cylindrical lens 8 Polygon mirror (optical deflector)
8a, 8b Deflection surface 10 Scanning lens system 11 First lens (first lens optical system)
11a, 12a First surface 11b, 12b Second surface 12 Second lens (second lens optical system)
14 Scanned surfaces 30A, 30B, 30C, 30D Laser light (light beam)
50 Image forming apparatuses 51A, 51B, 51C, 51D Photosensitive drum 200 Image forming system

Claims (4)

光源からの複数の光束を、光偏向器の回転軸に直交する面に斜め方向から前記光偏向器に入射して偏向し、前記複数の光束を第1レンズ光学系にそれぞれ副走査方向に斜入射し、該第1レンズ光学系から出射された複数の光束を、それぞれ配置位置が異なる複数の第2レンズ光学系にそれぞれ入射し、それぞれ異なる結像面に結像して複数のビーム走査を行う走査光学系であって、
前記第1レンズ光学系が、少なくとも2面の自由曲面を有し、
前記第1レンズ光学系と前記第2レンズ光学系との位置関係を、
前記第1レンズ光学系から出射された光束が、前記複数の第2レンズ光学系の入射面および出射面においてレンズ面の中心基準位置を通り主走査方向に延びるレンズ中心線に跨る走査軌跡を描く位置関係とし、
前記第2レンズ光学系は副走査方向の断面形状がレンズ光軸に対して対称であることを特徴とする走査光学系。
A plurality of light beams from the light source are incident on the light deflector from an oblique direction on a surface orthogonal to the rotation axis of the optical deflector and deflected, and the plurality of light beams are obliquely incident on the first lens optical system in the sub-scanning direction. A plurality of light beams incident and emitted from the first lens optical system are respectively incident on a plurality of second lens optical systems having different arrangement positions, and formed on different imaging planes to perform a plurality of beam scans. A scanning optical system to perform,
The first lens optical system has at least two free-form surfaces;
The positional relationship between the first lens optical system and the second lens optical system is as follows:
The light beam emitted from the first lens optical system draws a scanning trajectory straddling the lens center line extending in the main scanning direction through the center reference position of the lens surface on the entrance surface and the exit surface of the plurality of second lens optical systems. The positional relationship ,
The second lens optical system has a cross-sectional shape in the sub-scanning direction that is symmetric with respect to the lens optical axis .
前記少なくとも2面の自由曲面が、中心基準位置に対して副走査方向の位置座標をx、主走査方向の位置座標をyとし、X=√(x)、Y=√(y)とするとき、x、y、X、Yの少なくともいずれかの多項式を含む数式で表現される回転非対称な非球面からなることを特徴とする請求項1に記載の走査光学系。 In the at least two free-form surfaces, the position coordinate in the sub-scanning direction with respect to the center reference position is x, and the position coordinate in the main scanning direction is y, and X = √ (x 2 ), Y = √ (y 2 ) 2. The scanning optical system according to claim 1, wherein the scanning optical system includes a rotationally asymmetric aspherical surface expressed by a mathematical formula including at least one of x, y, X, and Y. 請求項1または2に記載の走査光学系を備えることにより、複数のビーム走査を行う走査光学装置。   A scanning optical apparatus that performs a plurality of beam scans by including the scanning optical system according to claim 1. 請求項1または2に記載の走査光学系を備えることにより、複数のビーム走査を行うことで画像形成を行う画像形成システム。   An image forming system for forming an image by performing a plurality of beam scans by providing the scanning optical system according to claim 1.
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